Millised on optiliste mikroskoopide peamised rakendused
Optiline mikroskoop on iidne ja noor teaduslik tööriist. Alates selle sünnist on selle ajalugu kolmsada aastat. Optilisi mikroskoope kasutatakse laialdaselt, näiteks bioloogias, keemias, füüsikas, astronoomias jne. Mõnes teaduslikus uurimistöös on see kõik mikroskoobist lahutamatu.
Praegu on sellest peaaegu saanud teaduse ja tehnoloogia maine tunnustus. Peate vaid nägema tema sagedasi esinemisi teadust ja tehnoloogiat käsitlevates meediaaruannetes, et näha, kas see on tõsi.
Bioloogias on labor sellest katseinstrumendist lahutamatu, mis võib aidata õppijatel tundmatut maailma uurida; maailma mõistmiseks.
Haiglad on mikroskoopide suurimad rakenduskohad. Neid kasutatakse peamiselt patsientide kehavedelike muutuste, inimkehasse tungivate bakterite, rakustruktuuri muutuste jms uurimiseks ning arstidele raviplaanide koostamiseks referents- ja kontrollmeetodid. Mikrokirurgias on mikroskoop arsti ainus tööriist; põllumajanduses ei saa ilma mikroskoobi abita hakkama aretus, kahjuritõrje ja muud tööd; tööstuslikus tootmises on võimalik peendetailide töötlemine, kontroll ja montaaži reguleerimine ning materjali omaduste uurimine. Koht, kus näidata oma andeid; kriminaaluurijad tuginevad sageli erinevate mikroskoopiliste kuritegude analüüsimisel mikroskoopidele, mis on oluline vahend tegeliku süüdlase kindlakstegemiseks; keskkonnakaitseosakonnad kasutavad mikroskoope ka mitmesuguste tahkete saasteainete tuvastamiseks; geoloogia- ja mäeinsenerid ning kultuurimälestised ja arheoloogid kasutavad mikroskoopide abi. Mikroskoobi leitud vihjeid saab kasutada sügavate maa-aluste kaevanduste üle otsustamiseks või tolmuse ajaloo tõelise pildi järeldamiseks; isegi inimeste igapäevaelu on mikroskoobist lahutamatu, näiteks ilu- ja juuksuritööstus, mis saab mikroskoobi abil tuvastada nahka, juukseid jne. Saavutage parimad tulemused. On näha, kui tihedalt on mikroskoop inimeste tootmise ja eluga integreeritud.
Vastavalt erinevatele kasutuseesmärkidele saab mikroskoope jämedalt klassifitseerida ja ühiseid kategooriaid on neli: bioloogilised mikroskoobid, metallograafilised mikroskoobid, stereomikroskoobid ja polariseerivad mikroskoobid. Nagu nimigi ütleb, kasutatakse bioloogilisi mikroskoope peamiselt biomeditsiinis ning vaatlusobjektid on enamasti läbipaistvad või poolläbipaistvad mikroskoopilised kehad; metallograafilisi mikroskoope kasutatakse peamiselt läbipaistmatute objektide pinna, näiteks materjalide metallograafilise struktuuri ja pinnadefektide jälgimiseks; Kui objekti on suurendatud ja kujutatud, muudab see ka objekti ja kujutise orientatsiooni inimsilma suhtes järjepidevaks ning omab sügavust, mis on kooskõlas inimeste tavapäraste nägemisharjumustega; polariseeritud valguse mikroskoop kasutab erinevate materjalide ülekande- või peegeldusomadusi polariseeritud valguse jaoks, et eristada erinevaid mikroobjekte. Lisaks saab jaotada ka mõned eritüübid, näiteks pöördbioloogiline mikroskoop või kultuurimikroskoop, mis on bioloogiline mikroskoop, mida kasutatakse peamiselt kultuuri vaatlemiseks läbi kultiveerimisnõu põhja; fluorestsentsmikroskoobis kasutatakse teatud aineid spetsiifilise lühema lainepikkusega valguse neelamiseks ja spetsiifilise pikema lainepikkusega valguse kiirgamise tunnuseid, nende ainete olemasolu tuvastamiseks ja nende sisalduse määramiseks; võrdlusmikroskoobid võivad moodustada kõrvuti või üksteise peale asetatud kujutisi kahest samas vaateväljas olevast objektist, et võrrelda kahe objekti sarnasusi ja erinevusi.
Traditsioonilised optilised mikroskoobid koosnevad peamiselt optilistest süsteemidest ja neid toetavatest mehaanilistest struktuuridest. Optiliste süsteemide hulka kuuluvad objektiivläätsed, okulaarid ja kondensaatorid, mis on erinevatest optilistest klaasidest valmistatud keerulised suurendusklaasid. Objektiiv suurendab näidist ja selle suurendus M määratakse järgmise valemiga: M objekt =Δ∕f'objekt , kus f'objekt on objektiivi fookuskaugus ja Δ võib mõista kui objektiivi ja okulaari vaheline kaugus. Okulaar suurendab taas objektiivi moodustatud pilti, moodustades inimeste silme ees vaatlemiseks virtuaalse pildi 250 mm kaugusel. See on enamiku inimeste jaoks kõige mugavam vaatlusasend. Okulaari suurendus on M eye=250/f' eye, f' eye on okulaari fookuskaugus. Mikroskoobi kogusuurendus on objektiiviläätse ja okulaari korrutis, st M=Mobject*Meye=Δ*250∕f'eye*f;objekt. On näha, et objektiiviläätse ja okulaari fookuskauguse vähendamine suurendab kogusuurendust, mis on mikroorganismide, näiteks bakterite, mikroskoobiga nägemise võti ning see on ka erinevus tavaliste suurendusklaaside vahel.
Niisiis, kas on mõeldav f'objekti f'silma lõpmatult vähendada, et suurendada suurendust, et näeksime peenemaid objekte? Vastus on ei! Selle põhjuseks on asjaolu, et pildistamiseks kasutatav valgus on põhiliselt elektromagnetlaine, nii et levimisprotsessis tekivad vältimatult difraktsioonid ja häired, nagu igapäevaelus nähtavad lained veepinnal võivad takistustega kokku puutudes ja kahe veeru korral kõrvale kalduda. Kui veelained kohtuvad, võivad nad üksteist tugevdada. või nõrgenenud. Kui punktikujulisest valgust kiirgavast objektipunktist kiirgav valguslaine siseneb objektiivi, takistab objektiiviläätse raam valguse levikut, mille tulemuseks on difraktsioon ja interferents. Seal on halod nõrga ja järk-järgult nõrgeneva intensiivsusega. Me nimetame keskmist heledat kohta õhuliseks kettaks. Kui kaks valgust kiirgavat punkti on teatud kaugusele lähedal, kattuvad kaks valguspunkti, kuni neid ei saa kaheks valgustäpiks kinnitada. Rayleigh pakkus välja kriteeriumi, milleks on see, et kui kahe valgustäpi keskpunktide vaheline kaugus on võrdne Airy ketta raadiusega, saab kahte valguslaiku eristada. Pärast arvutamist on kahe valgust kiirgava punkti vaheline kaugus sel hetkel e=0.61 ∕n.sinA=0.61 In ∕ NA , valemis in on valguse lainepikkus laine, inimsilm vastuvõetava valguslaine lainepikkus on umbes 0.4-0,7 um, n on selle keskkonna murdumisnäitaja, kus valgust kiirgav punkt asub, näiteks õhk, n≈1, vees , n≈1,33 ja A on pool valguspunkti avanemisnurgast objektiiviläätse raami suhtes ning NA-d nimetatakse objektiiviläätse numbriliseks apertuuriks. Ülaltoodud valemist on näha, et kahe punkti vaheline kaugus, mida objektiivilääts suudab eristada, on piiratud valguse lainepikkuse ja numbrilise avaga. Kuna kõige teravama inimsilma lainepikkus on umbes 0,5 um, ei tohi nurk A ületada 90 kraadi ja sinA on alati väiksem kui 1. Saadaoleva valgust läbilaskva keskkonna maksimaalne murdumisnäitaja on umbes 1,5, seega on e väärtus alati suurem kui 0.2um, mis on väikseim piirkaugus, mida optiline mikroskoop suudab lahendada. Kui soovite mikroskoobi suurenduse abil suurendada objekti punkti kaugust e, mida saab määrata objektiivi abil, mille NA väärtus on inimsilm eristatav, siis Me suurem kui 0,15 mm või sellega võrdne, kus {{30}},15 mm on katseliselt saadud inimsilm. Kahe 250 mm kaugusel silmade ette asetatud mikroobjekti vaheline minimaalne vahemaa on eristatav, seega M suurem või võrdne (0,15∕0,61 in) NA≈500N.A, et vaatlus ei oleks liiga töömahukas, piisab M kahekordistamisest, see tähendab 500N. A Väiksem või võrdne M Väiksem või võrdne 1000 N.A on mõistlik valik mikroskoobi kogusuurenduse jaoks. Ükskõik kui suur summaarne suurendus ka poleks, on see mõttetu, sest objektiivi numbriline ava on piiranud minimaalset lahendatavat kaugust. Väikesed objektid on üksikasjalikud.
Pildistamise kontrastsus on optiliste mikroskoopide teine võtmeprobleem. Nn kontrastiks nimetatakse mustvalge kontrasti ehk värvide erinevust kõrvuti asetsevate osade vahel pildipinnal. Inimsilmal on raske hinnata heleduse erinevust allpool 0.02. veidi tundlikum. Mõnel mikroskoobi vaatlusobjektil, näiteks bioloogilistel proovidel, on detailide heledus väga väike. Lisaks vähendavad mikroskoobi optilise süsteemi projekteerimis- ja tootmisvead veelgi pildi kontrastsust ja raskendavad eristamist. Praegu pole objekti üksikasju selgelt näha, mitte seetõttu, et kogusuurendus on liiga väike. , see ei tulene sellest, et objektiivi objektiivi numbriline ava on liiga väike, vaid seetõttu, et pildipinna kontrastsus on liiga madal.
Aastate jooksul on inimesed kõvasti tööd teinud, et parandada mikroskoopide lahutusvõimet ja pildi kontrastsust. Arvutitehnoloogia ja -tööriistade pideva arenguga paranevad pidevalt ka optilise disaini teooria ja meetodid. Detekteerimismeetodite pidev täiustamine ja vaatlusmeetodite uuendused on muutnud optiliste mikroskoopide pildikvaliteedi täiusliku difraktsioonipiiri lähedale. See võib kohaneda igasuguste isendite uurimisega. Kuigi suurendus- ja pildistamisriistad, nagu elektronmikroskoop ja ultrahelimikroskoop, on viimastel aastatel järjest välja tulnud, on neil mõnes aspektis kasulikud omadused, kuid need ei saa siiski olla odavad, mugavad ja intuitiivsed, eriti sobivad elusorganismide uurimiseks. Võistlevad valgusmikroskoobid, mis hoiavad endiselt kindlalt oma maad. Teisest küljest on iidne optiline mikroskoop koos laseri, arvuti, uue materjalitehnoloogia ja infotehnoloogiaga noorendav ja näitab tugevat elujõudu. Digitaalne mikroskoop, laserkonfokaalne skaneeriv mikroskoop, lähivälja skaneeriv mikroskoop, kahe footoni mikroskoop ja erinevate uute funktsioonidega või erinevatele uutele keskkonnatingimustele kohandatavad instrumendid ilmuvad lõputu voona, laiendades näiteks optiliste mikroskoopide rakendusala veelgi. Kui põnevad on Marsi kulgurilt üles laaditud kivimoodustiste mikroskoopilised pildid! Võime täielikult uskuda, et optiline mikroskoop toob inimkonnale kasu uue suhtumisega.
